气体水合物蓄冷主要影响因素实验研究

    1 引言

    空调蓄冷技术就是利用夜间廉价电力,开动制冷机制冷,并利用水、制冷剂水合物、共晶盐等物质的显热或潜热把冷量存储起来,白天空调负荷大的时候,把冷量再释放出来。目前商业运行的工程以冰蓄冷最多。但冰蓄冷主要缺欠是在蓄冷工况时的制冷效率低,制冷能力下降。一般制冷剂的蒸发温度每下降1℃,它的可用功率要下降3%。传统中央空调制冷机制冷剂的蒸发温度一般在2~3℃,而蓄冰工况时蒸发温度一般在-7~-8℃,大致相差10℃。所以,相同容量的制冷机,冰蓄冷工况下制冷能力要下降约30%[1,2]。而且冰蓄冷要采用双工况机组,不能对常规空调系统的改扩建。因此,许多国内外研究学者试图寻找一种相变潜热与冰相当,而相变温度又满足常规空调工况的蓄冷材料。共晶盐是这一思想的产物。但共晶盐潜热小,又有强腐蚀性和分层现象[1,2]。80年代初,Tomlinson提出了采用制冷剂气体水合物(即暖冰)作为蓄冷材料。它有跟冰相同甚至更高的潜热,又有满足常规空调工况的相变温度,认为是至今找到的最理想蓄冷材料[3]。随后,国内外纵多学者对制冷剂气体水合物的构造、热物性、相平衡、生成动力学、传递现象及其强化做了深入细致研究[4~11]。但是对其实际蓄冷空调系统的研究不多,且多数蓄冷槽容积比较小,难以反映实际蓄冷情况[12~16]。为此,搭建了一台可视化蓄冷槽容积达0.16m³的实验系统,在该系统上进行了HCFC-141b水合物蓄冷实验研究,探讨影响其蓄冷的主要因素。

    2 实验系统

    蓄冷实验系统如图1所示。该系统主要由蓄冷槽、制冷系统、放冷系统以及测量和数据采集系统等组成。制冷系统定制一台2匹SLD-02X风冷冷水机组,放冷系统采用某公司KF-23GW型风机盘管,数据采集采用Agilent 34970A数据采集仪。

    蓄冷槽是由不锈钢制成,槽体内部长0.72m,宽0.31m,高0.72m,如图2所示。在一个侧面用法兰连接密封,把蓄冷槽做成可拆卸型,以便比较在不同换热材料的换热器下的蓄冷性能,找到耐腐蚀、传热良好的换热器材料。槽体前后正中对称位置开有两个内经0.15m的法兰硼硅玻璃窗口,可以观察槽体内结晶情况,并对其拍照。顶部有两种喷淋架,一种喷大粒经,一种喷小粒经。底部设有制冷剂和水的引出口,液体通过促晶器的混合从喷淋管重新回到蓄冷槽内。蓄冷槽内置Φ10*1mm三角形排列间距Δ为21.65mm紫铜换热器,分7路进出,进水总管Φ22,出水总管Φ22,总换热面积约5.4m²。为了使槽内温度比较均匀,相邻的管采用相反的载冷剂流向。

    冷媒进出口分别布置一支Pt-100的热电阻;溶液里在高63mm、112mm、363mm处分别布置Pt-100热电阻,测量下层制冷剂温度、水-制冷剂界面附近温度、上层水温度。所有的热电阻均在精密恒温水槽校正才使用,测量精度±0.15K。冷媒流量由LWGY-15B/TBS涡轮流量测量,精度等级0.2级。结合进出口温度可以计算出蓄冷/放冷速率和总的蓄冷量。